مروری بر مکانیک خاک
تعداد صفحات : 20 با فرمت ورد و قابل ویرایش
قسمتی از متن :
ترکیب و طبقه‌بندی خاک
خاک از سه بخش تشکیل شده است، آب، هوا و قسمت جامد، که مجموع آب و هوا، منافذ گویند. و روابط زیر بین آنها حاکم است:
خاک‌ها از متلاشی شدن سنگ‌ها پدید می‌آیند و فضای خالی بین ذرات خاک از آب یا هوا (سیالات) پر شده است. پیوند ضعیف بین ذرات خاک معمولاً به علت رسوب کربنات‌ها و یا اکسیدها و یا به سبب وجود مواد آلی و یا پیوندهای بین مولکولی است. اگر مواد حاصل از متلاشی شدن سنگ‌ها در محل اصلی خود باقی بمانند، خاک حاصل از نوع برجا و در صورتی که مواد متشکل به محل دیگری حمل و به جای گذاشته شوند، خاک از نوع انتقالی است. نیروی ثقل، باد، آب و یخچال‌های طبیعی، عوامل جابجا شدن خاک‌ها می‌باشند.
روند تخریبی تشکیل خاک از سنگ ممکن است فیزیکی و یا شیمیایی باشد. روند تخریب فیزیکی به صورت فرسایش حاصل از عمل باد، آب و یخچال‌ها، جاذبه و سقوط و یا خرد شدن ناشی از تناوب ذوب و انجماد آب موجود در حفره‌ها و ترک‌های داخل سنگ صورت می‌گیرد. در این حالت، ذرات خاک پدید آمده همان ترکیب شیمیایی سنگ مادر را دارا هستند. مانند ماسه که از تخریب فیزیکی ماسه سنگ یا کوارتز حاصل می‌شود. خاک‌های بوجود آمده از این طریق دارای شکل‌های گرد، تیز گوشه، ورقه‌ای و یا سوزنی هستند که می‌توان به خاک‌های درشت دانه شنی و ماسه‌ای در این مورد اشاره نمود.
در روند تخریب شیمیایی نوع کانی سنگ مادر بر اثر عواملی از قبیل آب (به ویژه اگر قدری اسیدی یا قلیایی باشد)، دی اکسید کربن، اکسیژن و سایر عوامل دستخوش تغییر می‌شود و ساختمان خاک حاصل به لحاظ ساختار شیمیایی متفاوت با سنگ مادر است. مثلاً کانی رسی کائولینیت، از تجزیه فلدسپات تحت اثر آب و دی اکسید کربن بوجود می‌آید. غالباً خاک‌های ریزدانه تحت چنین فرآیندی بوجود می‌آیند و دارای بافت صحفه‌ای با باندهای الکتریکی‌اند.
شناسایی و طبقه‌بندی خاک ها
در مهندسی پی و پی‌سازی، خاک‌ها به دو دسته مهم، یعنی ریزدانه و درشت دانه تقسیم می‌شوند که می‌توان تعبیر خاک‌های چسبنده و غیرچسبنده (اصطکاکی) را نیز به ترتیب برای آنها بکار برد. خاک‌های ریزدانه از تخریب شیمیایی سنگ پدید می‌آیند و ذرات آنها با چشم دیده نمی‌شوند. مقاومت برشی آنها عمدتاً از طریق پارامتر چسبندگی (C) حاصل می‌شود. تراکم آنها دشوار است و عمده نشست ناشی از بارگذاری در آنها وابسته به زمان است. این خاک‌ها دارای قابلیت آبگذری و یا ضریب نفوذپذیری پایینی هستند و غالباً توان باربری و سختی کمتری نسبت به خاک‌های درشت دانه دارند. رفتار خاک‌های ریزدانه با جذب آب تغییر می‌کند. از طرف دیگر، خاک‌های درشت دانه دارای نفوذپذیری و زهکشی قابل توجه می‌باشند و از مصالح مناسب جهت کاربرد در صنعت راهسازی، زهکشی و فیلتر، بتن و آسفالت به شمار می‌آیند. به استثنای ماسه‌های شل و غیرمتراکم. این خاک‌ها معمولاً توان باربری و سختی مناسب با قابلیت تغییرات حجمی کم در بارگذاری استاتیکی دارند.
مقاومت برشی این خاک‌ها از طریق اصطکاک داخلی بین ذرات ( ) حاصل می‌شود. نشست این خاک‌ها هنگام بارگذاری به صورت آنی و سریع است. تراکم اینگونه خاک‌ها نیز به سهولت توسط کوبنده‌های ارتعاشی انجام می‌پذیرد. خاک‌ها به دو روش صحرایی و آزمایشگاهی شناسایی و طبقه‌بندی می‌شوند. چگونگی روش‌های متداول طبقه‌بندی خاک‌ها به شرح زیر است:
شناسایی صحرایی خاک‌ها
به عنوان بررسی‌های محلی و شناسایی‌های اولیه گاهی لازم است که خاک در محل پروژه مورد ارزیابی قرار گیرد که در این زمینه روش‌های زیر متداول هستند:
· شناسایی چشمی
اگر نصف ذرات خاک با چشم دیده شوند، خاک درشت دانه و در غیراینصورت ریزدانه می‌باشند. اگر در خاک درشت دانه بیش از نیمی از ذرات از دانه عدس بزرگتر باشند، خاک درشت دانه از نوع شن و در اینصورت ماسه می‌باشد.
· تکان دادن (ارتعاش)
اگر با افزودن آب به یک مشت خاک، گلوله‌ای خمیری به قطر حدود 5 سانتیمتر درست کنیم و در کف‌دست چندین بار تکان دهیم. در صورتی که خاک موردنظر لای یا به اصطلاح سوئدی باشد «میتا» باشد، سطح خارجی آن با فیلم نازکی از آب شفاف می‌شود و در صورتی که رس باشد، پدیده قابل توجهی در سطح خارجی آن مشاهده نمی‌شود.
· آزمایش مقاومت خشک
مقدار از خاک موردنظر را با آب مخلوط و خمیری می‌سازیم. خمیر حاصل را در گرمخانه (آون) خشک نموده، سپس به کمک انگشتان دست سعی می‌کنیم نمونه را بشکنیم. با افزایش خاصیت خمیری خاک، مقاومت خشک آن افزایش می‌یابد. رس با خاصیت خمیری بالا بیشترین مقاومت خشک را دارا می‌باشد. مقاومت رس با خاصیت خمیری کم و لای با خاصیت خمیری بالا، مقدار کمتر است. کمترین مقاومت را در این بین، خاک‌های آلی و لای با خاصیت خمیری پایین دارند. ماسه‌های ریز، لای‌های ریز و ماسه لای‌دار مقاومتی از خود نشان نمی‌دهند. این آزمایش را بر روی نمونه‌های خشک شده در محل نیز می‌توان انجام داد.
· آزمایش سفتی
نمونه‌ای از خاک را با آب مخلوط و خمیره‌ای می‌سازیم. سپس همانند آزمایش حد خمیری در مکانیک خاک، فتیله کردن خمیر با کف دست روی یک سطح شیشه‌ای انجام می‌شود تا کاهش قطر آن به 3 میلیمتر بالغ گردد. خاک‌های آلی و لای‌دار در دفعات اولیه ترک برمی‌دارند، اما رس‌ها چندین بار قابلیت گلوله و فتیله شدن حتی تا قطر کمتر از 3 میلیمتر را از خود نشان می‌دهند.
· آزمایش ته نشینی
حدود 50 گرم (برای خاک‌های شنی مقداری بیشتر) خاک را در یک ظرف یا لیوان شیشه‌ای به عمق 15 سانتیمتر ریخته و آن را با آب پر می‌کنیم. سپس آن را هم می‌زنیم. اگر خاک مورد مطالعه، شن یا ماسه درشت دانه باشد، سریعاً ته‌نشین می‌شود. اگر ماسه ریزدانه باشد، در مدت زمان کمتر از 10 دقیقه و اگر لای باشد از 10 تا 60 دقیقه ته‌نشین خواهد شد. در مورد رس‌ها زمان ممکن است چندین ساعت و حتی شبانه‌روز به طول انجامد.
رنگ، بو و احساس
رنگ‌های تیره مثل قهوه‌ای، خاکستری و سیاه، نشانه وجود خاک‌های آلی است. خاک‌های آلی بوی بدی دارند. ذرات ماسه‌ها و لای‌ها به سادگی توسط دست از هم جدا می‌شود. لای زیر دندان تولید صدا نموده، ولی رس زیر دندان صدا نمی‌دهد.
طبقه‌بندی خاک‌ها در آزمایشگاه
یک سیستم طبقه‌بندی خاک، نشان دهنده وجود یک فرهنگ و ادبیات فنی و استاندارد مشترک بین دست‌اندرکاران مهندسی عمران می‌باشد که علاوه بر تهیه یک روش سیستماتیک دسته‌بندی بر مبنای رفتار محتمل مهندسی خاک‌ها، امکان دسترسی به مجموعه تجارب به دست آمده دیگران را نیز فراهم می‌نماید. یکی از رایجترین سیستم‌های طبقه‌بندی آزمایشگاهی خاک‌ها، سیستم طبقه‌بندی متحد یا یونیفاید می‌باشد که در سال 1948 توسط کاساگرانده ارائه شد و بعدها اصلاح گردید.
طبقه‌بندی متحد خاک‌ها برای خاک‌های درشت دانه بر اساس توزیع دانه‌بندی ذرات است، در حالی که رفتار خاک‌های ریزدانه اساساً به پلاستیسیته (خمیری بودن) و درصد رطوبت آنها وابسته است. بنابراین در این سیستم، تعیین دانه‌بندی خاک‌ها به کمک آنالیز الک و نیز تعیین حدود اتربرگ با استفاده از تعیین حدود خمیری و روانی خاک‌ها صورت می‌گیرد. چهار دسته اساسی خاک‌ها در سیستم طبقه‌بندی متحد عبارتند از:
· خاک‌های درشت دانه
· خاک‌های ریزدانه
· خاک‌های آلی
· خاک‌های نباتی
